ارزیابی وضعیت فلزات سنگین در منطقه‌ی شهرک صنعتی روی زنجان به کمک شاخص بار آلودگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه زنجان

2 دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان

3 دانشگاه شهرکرد

4 دانشگاه یاسوج

چکیده

چکیده

سابقه و هدف: همگام با رشد روزافزون صنعت و فناوری، ورود آلاینده‌های زیست‌محیطی و در صدر آنها فلزات سنگین به خاک‌ها، موجب نگرانی رو به رشد جامعه‌ی جهانی در رابطه با خطرات احتمالی آلودگی خاک شده است. درک الگوی توزیع مکانی آلاینده‌ها و شناسایی عوامل مؤثر بر آن و تعیین منابع احتمالی ایجاد آلودگی، از اساسی‌ترین اهداف مطالعات آلودگی‌های زیست‌محیطی به شمار می‌روند. پژوهش حاضر می‌کوشد تا با مدل‌سازی روند تغییرپذیری مکانی شاخص بار آلودگی (PLI) فلزات آلاینده، به اطلاعات سودمندی در راستای تفکیک نقش عوامل طبیعی و یا انسانی ایجاد آلودگی در شهرک صنعتی روی زنجان دست یابد.

مواد و روش‌ها: برای انجام این پژوهش، 85 نمونه‌ی خاک سطحی (20-0 سانتی‌متر) در قالب یک الگوی شبکه‌ای منظم برداشت شد و غلظت کل فلزات روی، سرب، کادمیوم، نیکل و مس آنها با استفاده از اسید نیتریک و به کمک دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. برای ارزیابی شدت آلایندگی فلزات سنگین در خاک‌های مورد مطالعه، عامل آلودگی (CF) فلزات سنگین محاسبه شد و بر این اساس، نقاط مشاهده‌ای در کلاس‌های مختلف آلودگی خاک طبقه‌بندی شدند. به‌منظور ارزیابی هم‌زمان وضعیت کلی آلودگی خاک به عناصر آلاینده‌ی اندازه‌گیری شده، شاخص بار آلودگی فلزات سنگین محاسبه شد. سپس با مد نظر قرار دادن آن به‌عنوان یک متغیر محیطی، مقادیر این شاخص در نقاط نمونه‌برداری نشده با استفاده از تخمین‌گر کریجینگ معمولی درون‌یابی گردید.

یافته‌ها: مقایسه‌ی میانگین غلظت کل فلزات سنگین مورد بررسی با حدود مجاز آنها در خاک‌های کشور نشان داد که خاک‌های منطقه به عناصر روی، سرب و کادمیوم آلوده هستند؛ در حالی‌که آلودگی خاک به نیکل و مس مشاهده نشد. ضرایب تغییرات غلظت کل فلزات سنگین روی، سرب و کادمیوم در خاک‌های مورد مطالعه نسبتاً بالا و از 5/140 درصد برای کادمیوم تا 6/185 درصد برای سرب متغیر بود. این مشاهده می‌تواند نشانه‌ای از این حقیقت باشد که غلظت کل عناصر مزبور در خاک‌های منطقه توسط فعالیت‌های انسانی کنترل می‌شود. از سوی مقابل، با توجه به پایین بودن نسبی ضریب تغییرات عناصر نیکل (1/78 درصد) و مس (3/80 درصد)، به‌نظر می‌رسد که عوامل طبیعی، کنترل‌کننده‌ی توزیع آنها در خاک‌های منطقه هستند. طبقه‌بندی مشاهدات بر اساس عامل آلودگی هر یک از فلزات سنگین مورد بررسی، نشان داد که اغلب نقاط نمونه‌برداری از نظر عناصر روی و سرب در کلاس آلودگی خیلی زیاد قرار دارند (به‌ترتیب 9/65 و 2/68 درصد)؛ حال آن‌که از لحاظ عناصر کادمیوم، مس و نیکل، بیش از نیمی از نقاط در کلاس آلودگی متوسط واقع شده‌اند (به‌ترتیب، 7/57، 8/51 و 2/68 درصد). ترسیم روند تغییرپذیری مکانی شاخص بار آلودگی فلزات سنگین حاکی از آن بود که پهنه‌های دارای بیشترین مقادیر بار آلودگی در اطراف شهرک تخصصی روی متمرکز شده‌اند.

نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، فعالیت‌های صنعتی مربوط به فرآوری فلز روی، موجب ورود هم‌زمان چندین فلز سنگین به خاک‌های اطراف و کاهش کیفیت اراضی منطقه شده است. نظر به ناکارآمدی نقشه‌های تک‌عنصری فلزات سنگین در انعکاس کیفیت کلی خاک از نقطه‌نظر آلاینده‌های زیست‌محیطی، مدل‌سازی تغییرات مکانی شاخص بار آلودگی فلزات سنگین، راهکاری سودمند در راستای درک الگوی توزیع مکانی آلاینده‌ها و اثرات آنها بر تنزل کیفیت خاک می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of heavy metals using pollution load index in Zanjan Zinc Industrial Town area

نویسنده [English]

  • Yaser Safari 1
1 University of Zanjan
چکیده [English]

Abstract

Background and objectives: Considering progressive growth of industry and technology, the accumulation of environmental contaminants, especially heavy metals (HMs) in the soil is of increasing worldwide concern about the probable soil pollution risks. The perception of pollutants spatial distribution pattern and recognition of factors which control this pattern and identification of probable sources of pollution, are the most important purposes in the environmental pollution studies. The present study was conducted to achieve to useful information to distinguish the role of natural sources from the human ones, using modeling the spatial variability pattern of heavy metals pollution load index in the Zanjan Zinc Industrial Town area.

Materials and methods: In the present study, 85 topsoil samples (0-20 cm) using a regular grid sampling pattern were collected. The total (Nitric-acid extractable) contents of Zn, Pb, Cd, Ni and Cu were measured for each soil sample using atomic absorption spectroscopy. Assessing the soil pollution risk with selected HMs, contamination factor was calculated. Accordingly, sampling locations were classified into the different soil contamination classes. In order to simultaneous assessment of the status of overall soil pollution by the pollutant elements, pollution load index (PLI) of studied heavy metals was calculated. Afterwards, PLI was considered as an environmental variable which its values at un-sampled locations were interpolated using ordinary kriging method.

Results: Comparing the measured HMs contents with their maximum permissible limits in the soil showed that the studied soils are polluted with Zn, Pb and Cd, but non-polluted with Ni and Cu. The total concentration of Zn, Pb and Cd in the soil showed a great degree of variability, indicated by large coefficients of variation (CV) from 140.5 % of Cd to 185.6 % of Pb. These elevated CVs may indicate that these elements’ distribution in the studied area is influenced by an anthropogenic source. In contrast, the relatively low calculated CVs for Ni (78.1 %) and Cu (80.3 %) may imply that natural sources are responsible for these elements’ distribution in the studied soils. Classification of observations according to the contamination factor of studied heavy metals showed that most of sampling points occurred in the very high contamination class regarding Zn and Pb (65.9 % and 68.2 %, respectively) and in the medium contamination class regarding Cd, Cu and Ni (57.7, 51.8 and 68.2 %, respectively). Mapping the spatial variability of heavy metals pollution load index showed that areas with highest pollution contents occurred in the contiguity of Zinc Town.

Conclusion: Totally, industrial activities related to Zn production caused to simultaneous entrance of several heavy metals to the adjacent soils and lead to degradation of the lands in studied area. Considering the low efficiency of single-element maps for HMs to reflect the overall soil quality in relation to environmental contaminants, modeling of the spatial variability of PLI may provide the good perception of the contaminants' spatial distribution and their effects on soil quality.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Contamination factor
  • Heavy elements
  • Soil pollutants
  • spatial distribution